官方网站-首页

【导语(yǔ)】在(zài)全球水体富营养化与磷矿资源枯竭的背景下，污水处理厂的角色显得尤为关键。传统强化生物除磷技术面临挑战，而浙江大学与西湖大学联合团队在《Engineering》发表的研究，成功激活了污水处理厂中的Tetrasphaera菌群，实现了磷回收效率的大幅提升。这一发现不仅改写(xiě)了(le)生(shēng)物(wù)除(chú)磷(lín)技(jì)术(shù)的(de)篇(piān)章(zhāng)，更(gèng)为(wèi)污(wū)水(shuǐ)资(zī)源(yuán)化(huà)利(lì)用(yòng)提(tí)供(gōng)了(le)新(xīn)思(sī)路，助(zhù)力(lì)我(wǒ)国(guó)“双(shuāng)碳(tàn)”目(mù)标(biāo)的(de)实(shí)现(xiàn)，将(jiāng)污(wū)水(shuǐ)处(chù)理(lǐ)厂从“能耗大户”转变为“资源工厂”。

在全球水体富营养化与磷矿资源枯竭的双重危机下，污水处理厂既是磷污染的“终点站”，也是资源回收的“起点站”。传统强化生物除磷技术（EBPR）依赖聚磷菌（PAOs）的代谢能力，但主流研究的“明星菌”Candidatus Accumulibacter在实际应用中常因碳源单一、脱氮竞争等问题“水土不服”。近期，浙江大学与西湖大学联合团队在《Engineering》发表研究，通过多碳源与精准抑制剂调控，成功激活了污水处理厂中“隐藏玩家”Tetrasphaera菌群的潜能，使磷回收效率提升23倍，为污水资源化提供了新思路。

微生物界的“除磷黑马”：从配角到C位

过去十年间，科学家通过基因测序发现，Tetrasphaera菌在全球污水处理厂中广泛存在，其丰度甚至超过传统明星菌Accumulibacter。这类菌不仅能代谢葡萄糖、氨基酸等多种碳源，还可能具备脱氮除磷的“双料技能”。然而，实验室中如何“驯化”这类复杂菌群一直是(shì)难(nán)题(tí)——它(tā)们(men)如(rú)同(tóng)微(wēi)生(shēng)物(wù)社(shè)区中的“社恐患者”，在人工模拟环境中难以稳定富集。

研究团队设计了一套“四步走”驯化策略：先以混合碳源（蛋白质水解物、葡萄糖、乙酸钠）为诱饵，模拟真实污水环境；随后加入1 mg/L的硝(xiāo)化(huà)抑(yì)制(zhì)剂(jì)烯(xī)丙(bǐng)基(jī)硫(liú)脲(niào)（ATU），抑(yì)制(zhì)氨(ān)氧(yǎng)化(huà)菌(jūn)生(shēng)长(zhǎng)，减(jiǎn)少(shǎo)脱(tuō)氮(dàn)菌(jūn)对(duì)碳(tàn)源(yuán)的(de)争(zhēng)夺(duó)。经(jīng)过(guò)170天(tiān)动(dòng)态(tài)调(diào)控(kòng)，Tetrasphaera菌(jūn)群(qún)占(zhàn)比(bǐ)从(cóng)初(chū)始的1.5%飙升至40%，成为微生物群落的“绝对主力”。有趣的是，高剂量ATU（5 mg/L）反而会破坏菌群平衡，说明精准调控如同“走钢丝”，剂量过犹不及。

磷回收“三级跳”：从污水处理到资源矿山

实验结果显示，驯化后的菌群展现出惊人的除磷性能：磷去除率稳定在85%，总氮去除率达80%，污泥灰分中的磷含量比普通污水厂污泥高出23.2倍（32.5% vs 1.4%）。通过扫描电镜能谱分析（SEM-EDS）可见，处理后的污泥灰分呈现致密白色结构，磷元素信号强度远超铝、硅等杂质（图3c），可直接作为磷矿替代品。论文通讯作者鞠峰比喻：“这相当于把污水处理厂变成‘磷矿精炼厂’，每处理1吨污水就能回收0.8公(gōng)斤高纯度磷灰。”

微生物社交图谱：盟友与对手的生存博弈

研究还通过基因测序绘制了菌群动态变化图谱。当ATU抑制氨氧化菌Nitrosomonas后，脱氮菌Brevundimonas和Paracoccus的丰度骤降，Tetrasphaera与另一类聚磷菌Microlunatus形成“攻守同盟”，两者协同占据生态位（图5）。这种“此消彼长”的规律揭示了污水微生物界的生存法则：碳源类型决定“谁先吃饱”，而抑制剂则像“裁判”，直接改变竞争规则。

值得一提的是，团队发现了一株全新的Tetrasphaera菌（EBPR-ASV0001），其16S rRNA基因与已知菌株相似度仅96.8%，可能具备独特的代谢通路。这类“微生物暗物质”的发现，为后续基因挖掘提供了宝贵线索。

技术双刃剑：从实验室到工程化的挑战

尽管成果显著，该技术仍需突破工程化瓶颈。例如，ATU在环境中可能被微生物降解，需定期投加以维持效果；高磷污泥的后续提取(qǔ)工(gōng)艺(yì)也(yě)待(dài)优(yōu)化(huà)。研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)指(zhǐ)出(chū)，未(wèi)来(lái)可(kě)通(tōng)过(guò)代(dài)谢(xiè)模(mó)型(xíng)预(yù)测(cè)菌(jūn)群(qún)行(xíng)为(wèi)，或(huò)开(kāi)发(fā)ATU缓(huǎn)释(shì)材(cái)料(liào)，推(tuī)动(dòng)技(jì)术(shù)落(luò)地(de)。

这(zhè)项(xiàng)研(yán)究(jiū)不(bù)仅(jǐn)改(gǎi)写(xiě)了(le)EBPR微(wēi)生(shēng)物(wù)学(xué)教(jiào)科(kē)书(shū)，更(gèng)提(tí)供(gōng)了(le)“以(yǐ)废(fèi)治(zhì)废(fèi)”的(de)循(xún)环(huán)经(jīng)济(jì)样(yàng)本(běn)。随(suí)着(zhe)我国“双碳”目标推进，污水厂从“能耗大户”转向“资源工厂”的蓝图正逐渐清晰。